SS3型电力机车加改LCU和电磁接触器出现的问题

郭树平

（太原轨道交通装备有限责任公司，山西 太原 030009）

0 引言

太原轨道交通装备有限责任公司为兰州铁路局大修的SS3型电力机车，同时要进行两项改造：①对控制电路进行改造，采用LCU（Logical Control Unit，LCU）逻辑控制单元代替原继电器构成的有触点控制电路系统；②对主电路线路接触器进行改造，采用电磁接触器代替原电控接触器。进行了这两项改造后的机车，由原控制电路中间继电器驱动主电路电控接触器动作，变为由控制电路系统的LCU逻辑控制单元直接驱动主电路的电磁接触器动作。机车改造后，由于LCU的输出驱动电流低，不能满足电磁接触器的可靠动作，导致机车在进入工作状态20min左右即发生部分线路接触器（主要是4XC、6XC）失电跳开，导致机车不能投入正常运行。

1 原因分析及处理情况

问题发生后，鉴于SS3机车上曾加装过电磁接触器，且未发生过问题，故将此情况先向LCU生产厂家通报，要求其解释原因，并制定出解决办法。

经LCU生产厂家分析，原因为：LCU技术参数中规定，该装置可驱动持续电流不大于0.4A的负载，驱动原车所用的电控接触器没有问题，而是由于机车线路接触器1XC，2XC，…，6XC型号的改变使其控制持续电流较以前明显增加，导致LCU在对其控制时，插件产生过流保护，致使机车线路接触器异常失电。经过沟通、分析，制定了以下解决方案：将插件上负载过流保护元件的保护电流由0.6A提高到0.8A，另外，由于受温度影响，在长时间工作的情况下，实际负载能力要略小一些。

对LCU系统进行了分析改进后，对所加装的电磁接触器的参数及结构进行了如下分析：该电磁接触器控制电压为DC110V，控制电压变化范围为88V～121V；启动线圈电阻值为171Ω（相应启动电流为110／171＝0.65A，最大为121／171＝0.71A，最小为88／171＝0.51A），维持线圈电阻值为321Ω（相应启动电流为110／321＝0.34A，最大为121／321＝0.38A，最小为88／321＝0.27A），在机车上进行实际测量，维持电流为0.29A～0.3A，与理论值基本吻合。该电磁接触器设有过电压保护装置，其工作原理是：当工作电压在保护电压以上时，系统将一个阻值为150Ω的保持电阻串入线圈回路中，以降低线圈电流，使其不至于过热；而当线圈电压低于保护电压时，保持电阻不串入，工作电压全部加在接触器线圈两端，从而保证了接触器的可靠吸合。原电磁接触器设计的保护电压为95V（高于控制电路最低电压88V），因此在机车电压低于95V时，全部电压加在线圈两端，电流为95／171＝0.56A，超过LCU的输出能力，因此LCU保护。问题发生后 ，电磁接触器生产厂家对该装置设计参数进行了分析，认为该电磁接触器在80V即可以可靠吸合，因此将原保护电压由95V调低至88V，即只要工作电压在88V以上，电磁接触器启动后，维持电阻即串入，此时维持电流为0.27A～0.38A，小于LCU负载能力0.40A，不影响电磁接触器的可靠工作。

问题综合分析：改造前，原SS3型机车电控接触器线圈阻值为938Ω，其维持电流为0.12A，而有触点电路的中间继电器提供的驱动电流最大值为5A，负载能力很大，所以能够满足该型机车大修规程11.1.1条规定：“在88V～121V控制电压波动范围内，进行控制电路功能及电路动作实验，须作用良好”的要求。现将以上所述各种情况线路接触器动作电流可靠度（继电器或LCU所能提供的驱动电流值与线路接触器所需的动作电流值之比）进行列对比，见表1。

表1 各种情况下的线路接触器动作电流可靠度

由表1可以看出，只进行一项改造电流可靠度分别为13和3～5，均没有问题；但同时进行两项改造，电流裕度系数仅为1～1.5，由于大大降低了机车线路接触器动作的可靠性，冗余严重不足，致使出现了上述问题，这就是发生问题的根本原因。

据查主电路电磁接触器改造后，驱动功率不足的问题还发生在SS3A型机车上，造成调压开关辅联锁触头TK0.5-8级有拉弧烧损现象。

2 由以上问题引发的思考

机车是铁路运输生产的关键设备，机车的可靠运行是铁路运输安全这个庞大复杂的系统工程中的重要环节，为提高机车运行的可靠性，机车的设备及配件对工作环境的要求一般采用大冗余设计。正是这种大冗余设计保证了机车运行的可靠性，对机车的任何加改项目都不应该改变这种设计。

近年来，为了提高既有机车的性能，改善机车状态，在机车入厂大修时，配套进行了一系列的技术改造，这种改造对既有机车满足运输现代化的要求是必须的。但任何对机车的改进或改造都会对机车整体性能产生影响，这种影响有优也有劣，机车加改项目实施前都应对这种影响进行充分的评价。

改造前的电力机车的继电器有触点控制系统具有许多特殊性：控制电压为直流110V，继电器的负载电流最大可达近5A，工作环境条件恶劣。电力机车逻辑控制单元（Logical Control Unit，LCU）相当于通常的可编程控制器（PLC），它在电力机车上的作用主要就是取代传统的继电器有触点控制电路。采用电力机车逻辑控制单元就是用现代电力电子和微电子技术构成的逻辑控制单元取代传统的继电器布线逻辑控制电路，用微机发出的指令直接控制接触器等外部负载，避免目前的多级驱动。这样，可以大大简化电力机车的有触点控制电路，减少外部连线，提高系统的可靠性；也可以大大简化电力机车控制系统的设计，提高控制系统设计制造的灵活性，缩短电力机车电器系统设计调试的时间，实现控制系统的通用性［2］。由此看来，这项技术的先进性是毋容置疑的。

主电路改造采用电磁接触器，由于采用电磁驱动，控制电源直接对执行环节进行控制，减少了一个中间气路环节，且采用模块化结构，具有永磁灭弧或电磁灭弧的形式，灭弧罩开启方便，便于更换主触头，其优点是很多的。但是，上述新型机车配件在加装时，如果没有充分考虑相应的安装环境、不能满足其工作参数的要求，其优点在机车上不但难以发挥出来，而且会造成机车难以投入运行的严重后果。

3 结束语

为避免上述情况的发生，机车的改造特别是控制电路的改造，当中间环节对电路的输出发生变化时，或执行环节对电路的要求发生变化时，一定要认真评价其可靠性，这种评价应该由机车设计主导厂来进行。电力机车是一个复杂的综合设备，对其进行任何改进的评价也是一个复杂的工程，最简单可靠的办法，就是在改造时保证各接口采用原电路参数，如果输出功能不足可采用功率放大环节实现，如本系统改造最可靠的方法就是在LCU输出驱动电流前增加一个放大环节，这样才能保证机车的安全可靠性，使技术改造项目的优势得到应有的发挥。

［1］刘友梅.韶山3型电力机车［M］.北京：中国铁道出版社，1990.